СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПРЕДНАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ БАЛОЧНОГО ТИПА Российский патент 2016 года по МПК G01L5/04 

Предлагаемое изобретение относится к способам неразрушающего контроля технического состояния пролетных строений (ПС) и может быть использовано для контроля и диагностики преднапряжения арматуры в железобетонных балках и пролетных строениях мостов.

Известен способ измерения натяжения арматуры (см. патент РФ №2372593), заключающийся в том, что арматуру помещают между рычагами с индентором, устанавливают необходимый зазор глубины внедрения индентора регулируемыми ограничителями, прикладывают посредством указанных рычагов сжимающее усилие, внедряют индентор в арматуру с возможностью измерения усилия, необходимого для внедрения индентора в арматуру, сравнивают показания индикатора на ненапряженной и напряженной арматуре, на основании которых делают вывод о степени натяжения арматуры.

Недостаток этого способа заключатся в том, что он не дает возможности определить величину преднапряжения арматуры, находящейся внутри готовой конструкции.

Известен также способ определения величины предварительного напряжения в арматурных стержнях с передачей усилия преднапряжения на ее торцы (патент РФ №2217748), принятый в качестве прототипа, заключающийся в возбуждении свободных колебаний в конструкции до и после напряжения арматуры, измерении соответствующих основных частот колебаний и аналитическом определении интегральной величины преднапряжения арматуры с учетом этих частот колебаний, суммарной площади арматурных стержней, их длины, веса конструкции и эксцентриситета приложения усилия преднапряжения относительно нейтральной оси сечения, при этом испытываемую конструкцию нагружают равномерно распределенной нагрузкой, измеряют основную частоту колебаний в нагруженном состоянии и определяют величину преднапряжения арматуры по формуле:

Основным недостатком данного способа является ограниченная область его использования: диагностика преднапряженных железобетонных конструкций балочного типа с натяжением арматуры на бетон. Также недостатками является трудоемкость измерений частоты колебаний до и после натяжения арматуры и загружение распределенной нагрузкой сооружения; учет не всех потерь преднапряжения согласно Приложению Ρ (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы).

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности определения величины преднапряжения арматуры, находящейся в конструкции балочного типа, независимо от способа ее натяжения (на бетон, на упоры), учета всех потерь преднапряжения арматуры, согласно Приложению Р (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы); упрощении способа определения преднапряжения арматуры.

Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа, заключающийся в возбуждении свободных колебаний в конструкции после преднапряжения арматуры и измерении основной частоты колебаний, отличающийся тем, что на конструкцию воздействуют сосредоточенной динамической ударной нагрузкой, и определяют аналитическую величину собственной частоты колебаний конструкции с учетом прогнозируемой расчетной величины напряжения в середине пролета в верхней сжатой фибре балочной конструкции, силы предварительного натяжения в арматуре, модуля упругости, расчетной длины арматуры, расстояния от нейтральной оси до сжатой фибры, силы Эйлера по формуле:

$$\omega =\frac{\mathrm{10,95}}{l}\sqrt{\frac{Ey}{(1-\frac{N_p}{{Р}_{эл.}}){\sigma }_{ПНЖБ}}}$$ ,

где y - расстояние от нейтральной оси до крайней сжатой фибры; Ε - модуль упругости бетона; Р_эл - сила Эйлера, l - расчетная длина арматуры; σ_пнжб - расчетное нормальное напряжение в середине пролета в крайней сжатой фибре; Ν_p - расчетная продольная сила от предварительного натяжения арматуры с учетом потерь в середине пролета (определяемая согласно Приложению Ρ см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы) и о величине преднапряжения арматуры, находящейся в балочной конструкции, судят по отклонению измеренной основной частоты колебаний от аналитической частоты колебаний.

Способ реализуется следующим образом. В контролируемой балке возбуждают свободные колебания после преднапряжения арматуры, воздействуя на конструкцию сосредоточенной динамической ударной нагрузкой, приложенной в середине пролета, например, падающим с высоты 0,1-0,6 м и не превышающим 100 кГ грузом. В режиме свободных колебаний измеряют основную частоту колебаний балки, используя все необходимые геометрические и физические параметры балки, подставляют их в формулу $$\omega =\frac{\mathrm{10,95}}{l}\sqrt{\frac{Ey}{(1-\frac{N_p}{{Р}_{эл.}}){\sigma }_{ПНЖБ}}}$$ ,

и определяют величину аналитической собственной частоты колебаний. Затем по отклонению измеренной частоты колебаний от аналитической судят о величине преднапряжения арматуры.

Пример реализации способа

Была проведена диагностика типовой преднапряженной железобетонной балки, полной длиной 33 м с предварительно напрягаемой арматурой применительно к типовым конструкциям Союздорпроекта серии 3.503.1-81 инв. №100 (выпуск 7-1). В контролируемой балке возбудили свободные колебания, воздействуя на нее сосредоточенной динамической ударной нагрузкой, приложенной в середине пролета упавшим с высоты 0,25 м и массой 77 кГ грузом. В режиме свободных колебаний измерили с помощью вибродатчиков-акселерометров автоматизированного измерительного комплекса «Тензор МС» (разработка НИЛ «Мосты» СГУПС) собственную частоту колебаний балки, которая составила 4,10 Гц. Геометрические и физические характеристики балки взяты из типового проекта. Расчет прогнозируемого предварительного напряжения арматуры для этой балки (в стадии эксплуатации) производился по Приложению Ρ (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы) и его значение составило 836,8 МПа. Подставив значение геометрических и физических характеристик и значение прогнозируемого предварительного напряжения арматуры в заявляемую формулу, определили аналитическую частоту колебаний, которая составила 4,04 Гц. Сравнение измеренной и аналитической частоты вертикальных колебаний балки свидетельствует о том, что потери напряжений полностью не завершились. Контролируемая балка может быть допущена к эксплуатации.

Преимущества предлагаемого способа перед способом-прототипом заключаются в возможности определения величины преднапряжения арматуры в преднапряженной железобетонной конструкции при любом способе натяжения арматуры (на упоры, на бетон); возможности учета всех потерь преднапряжения арматуры, согласно Приложению Ρ (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы); упрощении определения преднапряжения арматуры по частоте собственных колебаний балочных конструкций.

Изобретение относится к контролю и диагностике преднапряженных железобетонных балок и пролетных строений мостов. Способ заключается в воздействии сосредоточенной динамической ударной нагрузкой на балку после преднапряжения арматуры, измерении основной частоты колебаний, определении аналитической величины собственной частоты колебаний конструкции с учетом прогнозируемой расчетной величины напряжения в середине пролета в верхней сжатой фибре балочной конструкции, силы предварительного натяжения в арматуре, модуля упругости, расчетной длины арматуры, расстояния от нейтральной оси до сжатой фибры, силы Эйлера. О величине преднапряжения арматуры судят по отклонению измеренной частоты колебаний от аналитической частоты колебаний. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения величины преднапряжения арматуры за счет возможности учета всех потерь преднапряжения арматуры при любом способе натяжения арматуры (на упоры, на бетон). 3 ил.

Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа, заключающийся в возбуждении свободных колебаний в конструкции после преднапряжения арматуры и измерении основной частоты колебаний, отличающийся тем, что на конструкцию воздействуют сосредоточенной динамической ударной нагрузкой и определяют аналитическую величину собственной частоты колебаний конструкции с учетом прогнозируемой расчетной величины напряжения в середине пролета в верхней сжатой фибре балочной конструкции, силы предварительного натяжения в арматуре, модуля упругости, расчетной длины арматуры, расстояния от нейтральной оси до сжатой фибры, силы Эйлера по формуле:

где l - расчетная длина арматуры;
E - модуль упругости бетона;
y - расстояние от нейтральной оси до крайней сжатой фибры;
N_р - расчетная продольная сила от предварительного натяжения арматуры с учетом потерь в середине пролета;
P_эл - сила Эйлера;
σ_пнжб - расчетное нормальное напряжение в середине пролета в крайней сжатой фибре,
и о величине преднапряжения арматуры судят по отклонению измеренной частоты колебаний от аналитической частоты колебаний.